JP3729225B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融粘度が低く、成形性に優れ、特に薄型で多ピンの半導体装置を封止した場合における半導体装置の損傷を防止し得るエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
最近の薄型パッケージ用封止材としてのエポキシ樹脂組成物においては、充填性の向上と低吸水化の両立を図るため、非常に細かな平均粒径が１μｍ以下、望ましくは０．５μｍ以下の充填剤を多量に添加する傾向にある。このため、充填剤の比表面積が従来品に比べ非常に大きくなり、樹脂と充填剤界面の濡れが著しく悪くなり、その結果として組成物の粘度が異常に高くなり、成形性の低下を引き起こす。
【０００３】
一方最近、耐半田リフロー性を改善するため、低吸水化を目的に充填剤を高充填化する方向にある。特に充填量を８５重量％以上とする場合、従来より用いていた球状の充填剤では低せん断領域における粘度が非常に高くなり、ダイパッド変形やワイヤー変形、場合によっては断線を引き起こしている。
【０００４】
本発明は、上記事情を改善するためになされたもので、溶融粘度が低く、成形性が高く、ダイパッド変形やワイヤー変形等の損傷のない半導体封止が可能なエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成するため、エポキシ樹脂組成物に高充填する無機質充填剤について鋭意検討を行った。即ち、一般に従来から製造されている無機質充填剤では微細領域の粉体粒度や比表面積が制御されていないため、充填剤を多量に配合した場合において、低せん断領域で樹脂組成物の粘度が急激に増粘しワイヤー変形を引き起こすといった問題が最近大きな課題となっており、本発明者らは、この種の不良を改善し、かつ無機質充填剤の高充填時における低粘度化を両立させる目的で、従来から提案されているように、無機質充填剤の粒度分布、比表面積及び形状について検討した。つまり、従来の無機質充填剤についての提案は、いずれも成形特性が無機質充填剤の粒度分布、比表面積、形状等の特性によって規定されているものであり、本発明者らもこれに従ったものである。しかし、従来においても充填剤の諸特性と成形性との関係が完全に把握されているわけではなく、無機質充填剤の粒度分布、比表面積及び形状のみでは最近の薄型で多ピンの大型パッケージで発生しやすい上述したような不良を防止することは困難であった。
【０００６】
そこで、更に検討を進めた結果、特定の粒度と比表面積をもった充填剤を配合した組成物を作成し、せん断速度を変更して粘度を測定し、特定の粘度比となった充填剤を用いることで、成形性の良好な組成物を得ることができることを見出した。
【０００７】
即ち、エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤とを必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、無機質充填剤として、無機質充填剤全体の１０〜４０重量％が３μｍ以下の微細粒子であり、粒径０．０５〜０．３μｍの充填剤が充填剤全体の１〜１０重量％、０．４〜０．７μｍの充填剤が充填剤全体の５〜２０重量％、０．８〜３μｍの充填剤が充填剤全体の５〜２０重量％であり、無機質充填剤全体としてのＢＥＴ法（窒素吸着法）による比表面積が２．５ｍ2／ｇ以下であると共に、２５℃のガードナーホルト法で測定したときの粘度が３０〜４５ポイズであるビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂に該無機質充填剤７５重量％を混練した混練物を２５℃においてＥ型粘度計を用いて測定した場合のせん断速度０．６／秒と１０／秒との粘度比が２．５以下であり、かつ０．６／秒での粘度が５０，０００ポイズ以下である無機質充填剤を使用し、これを組成物全体の７６．４６〜８８．５２重量％配合することにより、このように無機質充填剤を高充填しても溶融粘度が低く、成形性に優れ、かつワイヤー変形等の不都合なく薄型、多ピンの半導体装置を封止し得ることを知見し、本発明をなすに至ったものである。
【０００８】
従って、本発明は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置において、エポキシ樹脂が、ナフタレン型エポキシ樹脂及びビフェニル型エポキシ樹脂から選ばれるものであり、無機質充填剤が、粒径０．０５〜０．３μｍのシリカ１〜１０重量％、粒径０．４〜０．７μｍのシリカ５〜２０重量％、粒径０．８〜３μｍのシリカ５〜２０重量％を含有し、かつ粒径が３μｍ以下のシリカ含有量が１０〜４０重量％で、無機質充填剤全体としてのＢＥＴ法（窒素吸着法）による比表面積が２．５ｍ 2 ／ｇ以下、平均粒径が４〜３０μｍのシリカであると共に、２５℃のガードナーホルト法で測定したときの粘度が３０〜４５ポイズであるビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂に該無機質充填剤７５重量％を混練した混練物を２５℃においてＥ型粘度計を用いて測定した場合のせん断速度０．６／秒と１０／秒との粘度比が２．５以下であり、かつ０．６／秒での粘度が５０，０００ポイズ以下である無機質充填剤を組成物全体の７６．４６〜８８．５２重量％配合したことを特徴とするエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置を提供するものである。
【０００９】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明のエポキシ樹脂組成物はエポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤を必須成分とする。
【００１０】
本発明で使用するエポキシ樹脂としては、従来から公知の１分子あたり２個以上のエポキシ基を持ったものであり、特にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂などが例示される。これらエポキシ樹脂の中でもナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、下記構造式で示される液晶構造を有するものが望ましい。
【００１１】
【化１】
これらエポキシ樹脂中の全塩素含有量は１，５００ｐｐｍ以下、望ましくは１，０００ｐｐｍ以下であり、また、１２０℃で５０％エポキシ樹脂濃度における２０時間での抽出水塩素が５ｐｐｍ以下であることが好ましい。全塩素含有量が１，５００ｐｐｍより多く、抽出水塩素が５ｐｐｍより多いと、半導体の耐湿信頼性が低下するおそれがある。
【００１３】
本発明の硬化剤としては、フェノール化合物、アミン化合物、酸無水物系化合物などエポキシ樹脂の硬化剤として従来より知られているものであればいずれのものも使用できるが、特に１分子中にフェノール性の水酸基を２個以上有するフェノール樹脂が好ましい。フェノール樹脂としては、特に、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフタレン型フェノール樹脂、シクロペンタジエン型フェノール樹脂や下記構造式で示されるフェノール性水酸基を含有するものなどが例示される。
【００１４】
【化２】
【００１５】
フェノール樹脂もエポキシ樹脂同様、１２０℃の温度で抽出される塩素イオンやナトリウムイオンなどはいずれも１０ｐｐｍ以下、望ましくは５ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂を硬化させ得る量であり、例えばフェノール樹脂を用いた場合、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合割合は、エポキシ基１モルに対しフェノール性水酸基が０．５〜１．６モル、望ましくは０．６〜１．４モルであることが好適である。０．５モル未満では水酸基が不足し、エポキシ基の単独重合の割合が多くなり、ガラス転移温度が低くなる。また、１．６モルを超えるとフェノール性水酸基の比率が高くなり、反応性が低下するほか、架橋密度が低く、十分な強度が得られないものとなるおそれがある。
【００１７】
本発明のエポキシ樹脂組成物には硬化促進剤を配合することができる。硬化促進剤としてはリン系、イミダゾール誘導体、シクロアミジン系誘導体などを使用することができる。硬化促進剤の量としては、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の合計量１００重量部に対し、０．０１〜１０重量部であることが好ましい。
【００１８】
次に、本発明においては、無機質充填剤として、無機質充填剤全体の１０〜４０重量％が３μｍ以下の微細粒子であり、無機質充填剤全体としてのＢＥＴ法（窒素吸着法）による比表面積が２．５ｍ2／ｇ以下であると共に、２５℃のガードナーホルト法で測定したときの粘度が３０〜４５ポイズであるビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂に無機質充填剤７５重量％を混練した混練物を２５℃においてＥ型粘度計を用いて測定した場合のせん断速度０．６／秒と１０／秒との粘度比が２．５以下であり、かつ０．６／秒での粘度が５０，０００ポイズ以下である無機質充填剤を使用するものである。
【００１９】
更に詳述すると、本発明で用いる無機質充填剤の粒度分布は粒径が３μｍ以下の微細な粒径の充填剤が１０〜４０％、より望ましくは粒径０．０５〜０．３μｍの充填剤が１〜１０％、０．４〜０．７μｍの充填剤が５〜２０％、０．８〜３μｍの充填剤が５〜２０％のものである。３μｍ以下の充填剤が１０％未満では細密充填化が不十分のため十分に組成物の溶融粘度が低下せず、また４０％を超えると微粉が多くなりすぎて樹脂と充填剤界面が十分に濡れないため逆に組成物の粘度が高くなってしまう。望ましくは１０〜３０％の範囲で３μｍ以下の充填剤が含まれることである。
【００２０】
この場合、充填剤全体としては平均粒径が４〜３０μｍであることが好ましい。平均粒径が４μｍより小さいと粘度が高くなりすぎて多量に充填できず、３０μｍより大きいと粗い粒径が多くなり、ゲート詰まりとなるおそれがある。また最大粒径が１００μｍ以下、より望ましくは７４μｍ以下の粒度分布を持つことが好ましい。
【００２１】
なお、本発明においては、充填剤の最密充填化とチキソ性付与による組成物の低粘度化と樹脂組成物の流動性制御に粒径０．７μｍ以下の充填剤が非常に重要な役割を演ずる。より望ましい充填剤は０．０５〜０．３μｍの微粉の充填剤である。この種の充填剤は球状が望ましく、比表面積が１０〜５０ｍ2／ｇのものがよい。より望ましい充填剤の比表面積は１５〜４０ｍ2／ｇである。
【００２２】
この場合、従来はチキソ性付与にはアエロジルで代表される乾式あるいは湿式の比表面積が１００〜３００ｍ2／ｇと非常に大きな超微粉シリカが主に用いられてきたが、このものは比表面積が大きいため微量添加においても流動性に大きく影響を及ぼすことから、非常に使いづらいものである。
【００２３】
なお、本発明において粒度分布及び平均粒径はレーザー回折式粒度分布測定装置（例えばシーラス社製Ｇｒａｎｕｌｏｍｅｔｅｒ９２０など）による測定値（例えば重量平均値）である。
【００２４】
次に、本発明の無機質充填剤は、その全体のＢＥＴ法（窒素吸着法）による比表面積が２．５ｍ2／ｇ以下、望ましくは１〜２ｍ2／ｇである。比表面積が２．５ｍ2／ｇより大きいと、チキソ性が大きくなり、本発明で目的としている良好な成形特性が得られなくなる。
【００２５】
また、本発明の無機質充填剤は、２５℃（±０．０５℃）におけるガードナーホルト法で測定した粘度が３０〜４５ポイズのビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂に７５重量％混練した混練物について、Ｅ型粘度計を用いて２５℃（±０．０５℃）で測定したせん断速度０．６／秒の粘度Ｖ1とせん断速度１０／秒の粘度Ｖ2との粘度比Ｖ1／Ｖ2が２．５以下のものを使用する。Ｖ1／Ｖ2が２．５を超えるものを使用した場合、キャビティ中を流動する際の樹脂粘度が非常に高くなり、ワイヤー変形やダイパッドシフトを引き起こす結果となる。中でも粘度比が０．５〜２．５、とりわけ０．８〜２．２の充填剤を使用すれば低せん断領域での急激な樹脂粘度の増大を防止できる。この場合、せん断速度０．６／秒での粘度Ｖ1は５０，０００ポイズ以下、特に５，０００〜３０，０００ポイズであり、この粘度が５０，０００ポイズを超えたものはエポキシ樹脂組成物としての粘度が非常に高くなり成形性が悪くなる。
【００２６】
この種の無機質充填剤を配合することで１７５℃におけるエポキシ樹脂組成物の溶融粘度は２００ポイズ以下となり、成形特性の良好な組成物を得ることができるものである。
【００２７】
なお、無機質充填剤の比表面積は高せん断速度における粘度と低せん断速度における粘度比に大きく影響している。即ち、比表面積が２．５ｍ2／ｇ以下であれば粘度比を２．５以下とすることが可能であることを見出した。これ以上では樹脂と充填剤界面の濡れが不十分となり、粘度が著しく高く、粘度比も２．５を超えるものとなってしまう。また、この粘度比は粒径０．７μｍ以下、特に０．０５〜０．３μｍの微細充填剤によって影響される。この領域の充填剤は容易に振動等で凝集しやすい性質を持っており、２次凝集しているような場合は影響が特に顕著になる。この２次凝集を防止したり、樹脂と充填剤界面を十分に濡らすため、予め樹脂と混練しておくことが望ましい。
【００２８】
本発明に使用される充填剤としては、ボールミルなどで粉砕した溶融シリカや火炎溶融することで得られる球状シリカ、ゾルゲル法などで製造される球状シリカ、結晶シリカなどが使用される。この場合、充填剤の形状に特に限定はなく、フレーク状、樹枝状、球状等のフィラーを単独で又は混合して用いることができる。中でも球状のものが低粘度化、高充填化には最も望ましいものである。これらの充填剤は予めシランカップリング剤やチタン系カップリング剤などで表面処理したものを使用することが好ましい。
【００２９】
上記無機質充填剤の配合量は、組成物全体の７６．４６〜８８．５２重量％であり、通常、エポキシ樹脂と硬化剤の総量１００重量部に対し４００〜１，０００重量部である。配合量が少なすぎると膨張係数を十分に下げることができない上、吸水率も多くなり、半田リフローの際の温度でパッケージにクラックが入ってしまう。一方、多すぎる場合は粘度が高くなりすぎ、成形できなくなってしまう。
【００３０】
本発明の組成物には、従来から公知のシリコーンゴムやゲルなどの粉末、シリコーン変性エポキシ樹脂やシリコーン変性フェノール樹脂、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレンよりなる熱可塑性樹脂などを低応力化剤として添加してもよい。
【００３１】
また、粘度を下げる目的のために、従来より公知のｎ−ブチルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、スチレンオキサイド、ｔｅｒｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエンジエポキシド、フェノール、クレゾール、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールのようなエポキシ基やフェノール性水酸基を有する希釈剤を添加することができる。
【００３２】
更に、シランカップリング剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤などのカップリング剤やカーボンブラックなどの着色剤、ノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコーンオイルなどの濡れ向上剤や消泡剤なども場合によっては添加することができる。
【００３３】
製造方法としては、液状エポキシ樹脂組成物の場合は、上記した諸原料を品川ミキサーなどの撹拌混合装置を用い十分混練することで製造することができる。混練温度としては２０〜５０℃が望ましい。一方、粉体の場合は、高速混合機などを用い、均一に混合した後、二本ロールや連続混練装置などで十分混練すればよい。混練温度としては５０〜１１０℃が望ましい。
【００３４】
混練後、薄くシート化し冷却、粉砕することでエポキシ樹脂組成物を製造することができる。本発明の樹脂組成物は一般成形材料として、更に半導体封止材料として利用される。
【００３５】
なお、成形方法としては、トランスファー成形、圧縮成形、インジェクション成形等の方法が採用でき、また成形温度は１５０〜１８５℃が好ましい。
【００３６】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物で好適に封止される半導体装置としてはデスクリートデバイス、ＩＣやＬＳＩ、超ＬＳＩなどの高集積デバイス等が挙げられる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、溶融粘度が低く、成形性もよく、この組成物で封止した半導体装置はダイパッド変形、ワイヤー変形等もなく、信頼性の高いものである。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３９】
〔実施例１〜３、比較例１〜５〕
下記表１で示される充填剤（シリカ）Ａ〜Ｈを充填剤の０．５重量％のγ−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン；ＫＢＭ４０３（信越化学（株）製）で表面処理した後、充填剤の特性を評価した。また、このシリカを表２の配合で混合、混練することでエポキシ樹脂組成物を作成した。更に、この樹脂組成物を用い、各種評価を行った。結果を表２に示す。
【００４０】
【表１】
粒度分布及び平均粒径：
レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置を用い、粒度分布を測定した。
比表面積：
上記比率で混合した充填剤の比表面積を比表面積測定装置（ＢＥＴ法、窒素吸着法）で測定した。
粘度比及び０．６／秒での粘度：
エポキシ当量１６８，粘度３８ポイズ（２５℃）のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂；エピコート８０７（シェル（株）製）１ｇとシリカ３ｇをはかりとり、ガラスシャーレ上で十分に混練した後、ローターコーンとしてＲ−Ｕを備えたＥ型粘度計（東機産業製）を用い、２５℃±０．０５℃でせん断速度０．６／秒（Ｖ1）と１０／秒（Ｖ2）で粘度を測定し、その比率Ｖ1／Ｖ2をとった。
【００４２】
【表２】
＊２ ナフタレン型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製）
＊３ フェノールノボラック樹脂（大日本インキ化学工業（株）製）
＊４ ブロム化ノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製）
【００４３】
スパイラルフロー：
成形温度１７５℃、成形圧力７０ｋｇ／ｃｍ2でトランスファー成形することでスパイラルフローを測定した。
ゲル化時間：
１７５℃の熱板でエポキシ樹脂組成物がゲルになるまでの時間を測定した。
内部ボイド及び外部ボイド：
ＱＦＰパッケージ（サンプル数＝５）を用い、成形温度１７５℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ2でトランスファー成形した後、超音波探傷装置を用い、内部ボイドの数を数えた。また、外部ボイドは目視観察することでボイドの数を数えた。ボイドの数は５サンプルの合計数である。
ワイヤー変形：
３ｍｍ長の金線を接続したＱＦＰパッケージを用い、成形温度１７５℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ2でトランスファー成形し、その後軟Ｘ線装置を用いて金線の変形具合を観察した。
ダイパッド変形：
ＱＦＰパッケージを用い、成形温度１７５℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ2でトランスファー成形した後、パッケージを切断し、ダイパッドの変形状態を観察した。
【００４４】
〔実施例４，５、比較例６〕
下記表３で示される配合組成で実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を製造し、実施例１と同様に評価を行った。結果を表３に併記する。
【００４５】
【表３】
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device sealed with a cured product of an epoxy resin composition having a low melt viscosity, excellent moldability, and particularly capable of preventing damage to a semiconductor device when a thin and multi-pin semiconductor device is sealed. About.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
In recent epoxy resin compositions as thin package encapsulants, a very fine average particle size of 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less is used in order to achieve both improved fillability and low water absorption. There is a tendency to add a large amount of agent. For this reason, the specific surface area of the filler becomes very large as compared with the conventional product, and the wetting of the interface between the resin and the filler is remarkably deteriorated.
[0003]
On the other hand, recently, in order to improve the solder reflow resistance, there is a tendency to increase the filler with the aim of reducing water absorption. In particular, when the filling amount is 85% by weight or more, the conventionally used spherical filler has a very high viscosity in a low shear region, which causes die pad deformation, wire deformation, and sometimes disconnection.
[0004]
The present invention was made to improve the above situation, and is a cured product of an epoxy resin composition having a low melt viscosity, a high moldability, and capable of semiconductor sealing without damage such as die pad deformation and wire deformation. It is an object to provide a sealed semiconductor device.
[0005]
Means for Solving the Problem and Embodiment of the Invention
In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have intensively studied an inorganic filler that is highly filled in an epoxy resin composition. That is, in general, conventionally produced inorganic fillers do not have a fine particle size or specific surface area controlled, so when a large amount of filler is blended, the viscosity of the resin composition is sharp in the low shear region. Recently, the problem of increasing the viscosity and causing wire deformation has become a major issue, and the present inventors have aimed at improving this kind of defect and at the same time reducing the viscosity at the time of high filling of the inorganic filler. As previously proposed, the particle size distribution, specific surface area, and shape of the inorganic filler were examined. In other words, all of the proposals for conventional inorganic fillers are such that the molding characteristics are defined by the characteristics such as particle size distribution, specific surface area, and shape of the inorganic filler, and the present inventors also followed this. It is. However, in the past, the relationship between various properties of fillers and moldability has not been fully grasped, and the particle size distribution, specific surface area, and shape of inorganic fillers are the latest in thin, multi-pin large packages. It has been difficult to prevent the above-described defects that are likely to occur.
[0006]
Therefore, as a result of further investigation, a composition containing a filler having a specific particle size and specific surface area was prepared, the viscosity was measured by changing the shear rate, and a filler having a specific viscosity ratio was obtained. It has been found that a composition having good moldability can be obtained by using it.
[0007]
That is, in an epoxy resin composition containing an epoxy resin, a curing agent, and an inorganic filler as essential components, 10 to 40% by weight of the entire inorganic filler is fine particles having a particle size of 3 μm or less as the inorganic filler, and a particle size of 0 0.05 to 0.3 μm filler is 1 to 10% by weight of the whole filler, 0.4 to 0.7 μm filler is 5 to 20% by weight of the whole filler, and 0.8 to 3 μm filler. When it is 5 to 20% by weight of the whole filler, the specific surface area by the BET method (nitrogen adsorption method) as a whole inorganic filler is 2.5 m 2 / g or less, and measured by the Gardner-Holt method at 25 ° C. A shear rate of 0.6 / second when a kneaded product obtained by kneading 75% by weight of the inorganic filler with a bisphenol F type liquid epoxy resin having a viscosity of 30 to 45 poises was measured at 25 ° C. using an E type viscometer And 10 / second And a degree ratio is 2.5 or less, and 0.6 / viscosity at seconds using an inorganic filler is 50,000 poise, which from 76.46 to 88.52% by weight of the total composition formulation In this way, even when highly filled with an inorganic filler in this way, it has been found that melt viscosity is low, excellent moldability, and thin, multi-pin semiconductor devices can be sealed without inconvenience such as wire deformation, The present invention has been achieved.
[0008]
Therefore, the present invention provides a semiconductor device encapsulated with a cured product of an epoxy resin composition containing an epoxy resin, a curing agent, and an inorganic filler as essential components, wherein the epoxy resin is a naphthalene type epoxy resin and a biphenyl type epoxy resin. The inorganic filler is 1 to 10% by weight of silica having a particle size of 0.05 to 0.3 μm, 5 to 20% by weight of silica having a particle size of 0.4 to 0.7 μm, and a particle size of 0.8. It contains 5 to 20% by weight of silica having a particle size of 3 μm, and the silica content with a particle size of 3 μm or less is 10 to 40% by weight, and the specific surface area by the BET method (nitrogen adsorption method) as the whole inorganic filler is 2. The bisphenol F-type liquid epoxy resin has a viscosity of 30 to 45 poise when measured by a Gardner-Holt method at 25 ° C. and having a silica particle size of 5 m 2 / g or less and an average particle size of 4 to 30 μm. The viscosity ratio of shear rate 0.6 / second and 10 / second when the kneaded material kneaded 75% by weight of the filler is measured at 25 ° C. using an E-type viscometer is 2.5 or less, And an inorganic filler having a viscosity at 0.6 / sec of 50,000 poise or less was blended with a cured product of an epoxy resin composition characterized by containing 76.46 to 88.52% by weight of the entire composition. A stopped semiconductor device is provided.
[0009]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The epoxy resin composition of the present invention contains an epoxy resin, a curing agent, and an inorganic filler as essential components.
[0010]
The epoxy resin used in the present invention, der those with known two or more epoxy groups per molecule conventionally is, in particular, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resins, phenol novolak type epoxy resin, Examples include cresol novolac type epoxy resins, naphthalene type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, phenol aralkyl type epoxy resins, and cyclopentadiene type epoxy resins. Among these epoxy resins, naphthalene type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, and those having a liquid crystal structure represented by the following structural formula are desirable.
[0011]
[Chemical 1]
The total chlorine content in these epoxy resins is 1,500 ppm or less, desirably 1,000 ppm or less, and the extracted water chlorine at 20 ° C. in a 50% epoxy resin concentration at 120 ° C. is preferably 5 ppm or less. . If the total chlorine content is more than 1,500 ppm and the extracted water chlorine is more than 5 ppm, the moisture resistance reliability of the semiconductor may be lowered.
[0013]
As the curing agent of the present invention, any of those conventionally known as curing agents for epoxy resins such as phenol compounds, amine compounds, and acid anhydride compounds can be used. A phenol resin having two or more functional hydroxyl groups is preferred. Examples of the phenolic resin include phenol novolak resins, cresol novolac resins, phenol aralkyl resins, naphthalene type phenol resins, cyclopentadiene type phenol resins and those containing a phenolic hydroxyl group represented by the following structural formula.
[0014]
[Chemical formula 2]
[0015]
Similarly to the epoxy resin, the phenol resin and chlorine ions and sodium ions extracted at a temperature of 120 ° C. are all 10 ppm or less, preferably 5 ppm or less.
[0016]
The blending amount of the curing agent is an amount capable of curing the epoxy resin. For example, when a phenol resin is used, the mixing ratio of the epoxy resin and the phenol resin is such that the phenolic hydroxyl group is 0.5 to 1 with respect to 1 mol of the epoxy group. .6 mol, preferably 0.6 to 1.4 mol is suitable. If it is less than 0.5 mol, the hydroxyl group is insufficient, the proportion of homopolymerization of the epoxy group is increased, and the glass transition temperature is lowered. On the other hand, when the amount exceeds 1.6 mol, the ratio of phenolic hydroxyl groups increases, the reactivity decreases, and the crosslinking density is low, so that sufficient strength may not be obtained.
[0017]
A hardening accelerator can be mix | blended with the epoxy resin composition of this invention. As the curing accelerator, phosphorus, imidazole derivatives, cycloamidine derivatives and the like can be used. As a quantity of a hardening accelerator, it is preferable that it is 0.01-10 weight part with respect to 100 weight part of total amounts of an epoxy resin and a phenol resin.
[0018]
Next, in the present invention, as the inorganic filler, 10 to 40% by weight of the whole inorganic filler is fine particles of 3 μm or less, and the specific surface area by the BET method (nitrogen adsorption method) as the whole inorganic filler is 2 A kneaded product obtained by kneading 75% by weight of an inorganic filler with a bisphenol F type liquid epoxy resin having a viscosity of 30 to 45 poise when measured by a Gardner-Holt method at 25 ° C. and not more than 0.5 m 2 / g The viscosity ratio between the shear rate of 0.6 / second and 10 / second when measured using an E-type viscometer is 2.5 or less, and the viscosity at 0.6 / second is 50,000 poise or less. An inorganic filler is used.
[0019]
More specifically, the particle size distribution of the inorganic filler used in the present invention is 10 to 40% of a fine particle size filler having a particle size of 3 μm or less, more desirably a filler having a particle size of 0.05 to 0.3 μm. 1 to 10%, 0.4 to 0.7 μm filler is 5 to 20%, and 0.8 to 3 μm filler is 5 to 20%. If the filler of 3 μm or less is less than 10%, the fine packing is insufficient, so that the melt viscosity of the composition does not decrease sufficiently, and if it exceeds 40%, the amount of fine powder increases so that the interface between the resin and the filler is sufficient. On the contrary, the viscosity of the composition increases because it does not get wet. Desirably, a filler of 3 μm or less is contained in the range of 10 to 30%.
[0020]
In this case, the average particle size of the filler as a whole is preferably 4 to 30 μm. When the average particle size is smaller than 4 μm, the viscosity becomes too high to be filled in a large amount, and when the average particle size is larger than 30 μm, the coarse particle size increases and gate clogging may occur. The maximum particle size is preferably 100 μm or less, more preferably 74 μm or less.
[0021]
In the present invention, the filler having a particle size of 0.7 μm or less plays a very important role in the close-packing of the filler and the low viscosity of the composition by imparting thixotropy and the flowability control of the resin composition. play. A more desirable filler is a fine powder filler of 0.05 to 0.3 μm. This type of filler is preferably spherical and has a specific surface area of 10 to 50 m 2 / g. A more preferable specific surface area of the filler is 15 to 40 m 2 / g.
[0022]
In this case, conventionally, very large fine silica having a dry or wet specific surface area represented by Aerosil of 100 to 300 m 2 / g has been mainly used for imparting thixotropy. Since it is large, it has a great influence on the fluidity even when added in a small amount, so it is very difficult to use.
[0023]
In the present invention, the particle size distribution and the average particle size are measured values (for example, weight average values) using a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus (for example, Granulometer 920 manufactured by Cirrus).
[0024]
Next, the inorganic filler of the present invention has a specific surface area of 2.5 m 2 / g or less, desirably 1 to 2 m 2 / g, as a whole by the BET method (nitrogen adsorption method). When the specific surface area is larger than 2.5 m 2 / g, the thixotropy is increased, and the good molding characteristics intended in the present invention cannot be obtained.
[0025]
In addition, the inorganic filler of the present invention is a kneaded product obtained by kneading 75% by weight with a bisphenol F type liquid epoxy resin having a viscosity of 30 to 45 poise measured at 25 ° C. (± 0.05 ° C.) by the Gardner-Holt method. with a mold viscometer 25 ° C. the viscosity ratio V 1 / V 2 between shear rate 0.6 / sec viscosity V 1 of the measured shear rate of 10 / sec viscosity V 2 at (± 0.05 ° C.) is 2 Use 5 or less. When a material having V 1 / V 2 exceeding 2.5 is used, the resin viscosity when flowing in the cavity becomes very high, resulting in wire deformation and die pad shift. In particular, if a filler having a viscosity ratio of 0.5 to 2.5, particularly 0.8 to 2.2, is used, it is possible to prevent a rapid increase in resin viscosity in a low shear region. In this case, the viscosity V 1 at a shear rate of 0.6 / sec is 50,000 poises or less, particularly 5,000 to 30,000 poises, and those having a viscosity exceeding 50,000 poises are epoxy resin compositions. As a result, the viscosity becomes extremely high and the moldability becomes poor.
[0026]
By blending this kind of inorganic filler, the melt viscosity of the epoxy resin composition at 175 ° C. is 200 poises or less, and a composition having good molding characteristics can be obtained.
[0027]
The specific surface area of the inorganic filler greatly affects the viscosity ratio at a high shear rate and the viscosity ratio at a low shear rate. That is, it has been found that if the specific surface area is 2.5 m 2 / g or less, the viscosity ratio can be 2.5 or less. Above this, the wetting of the interface between the resin and the filler becomes insufficient, the viscosity is remarkably high, and the viscosity ratio exceeds 2.5. Further, this viscosity ratio is influenced by a fine filler having a particle size of 0.7 μm or less, particularly 0.05 to 0.3 μm. The filler in this region has the property of easily agglomerating due to vibration or the like, and the influence is particularly remarkable when secondary agglomeration occurs. In order to prevent this secondary aggregation or to sufficiently wet the interface between the resin and the filler, it is desirable to knead with the resin in advance.
[0028]
The filler used in the present invention, such as in ground fused silica or flame fused spherical silica obtained by a ball mill, spherical silica produced by a sol-gel method, etc. crystal silicon mosquito is used. In this case, no particular limitation to the shape of the filler, flake, dendritic, can be used a filler of spherical shape alone or in combination. Of these, spherical ones are most desirable for reducing the viscosity and increasing the filling. It is preferable to use those fillers that have been surface-treated with a silane coupling agent or a titanium coupling agent in advance.
[0029]
The compounding quantity of the said inorganic filler is 76.46-88.52 weight% of the whole composition, and is 400-1,000 weight part normally with respect to 100 weight part of total amounts of an epoxy resin and a hardening | curing agent. If the blending amount is too small, the expansion coefficient cannot be lowered sufficiently, the water absorption rate increases, and the package cracks at the temperature during solder reflow. On the other hand, if the amount is too large, the viscosity becomes too high and molding becomes impossible.
[0030]
To the composition of the present invention, conventionally known powders such as silicone rubber and gel, silicone-modified epoxy resin, silicone-modified phenol resin, thermoplastic resin composed of methyl methacrylate-butadiene-styrene are added as a low stress agent. May be.
[0031]
For the purpose of decreasing the viscosity, conventionally known n-butyl glycidyl ether, phenyl glycidyl ether, styrene oxide, tert-butylphenyl glycidyl ether, dicyclopentadiene diepoxide, phenol, cresol, tert-butylphenol, etc. A diluent having an epoxy group or a phenolic hydroxyl group can be added.
[0032]
Furthermore, wetting improvers such as silane coupling agents, titanium coupling agents, coupling agents such as aluminum coupling agents, colorants such as carbon black, nonionic surfactants, fluorosurfactants, and silicone oils. In some cases, an antifoaming agent or the like can be added.
[0033]
As a production method, in the case of a liquid epoxy resin composition, it can be produced by sufficiently kneading the above-mentioned raw materials using a stirring and mixing device such as a Shinagawa mixer. The kneading temperature is preferably 20 to 50 ° C. On the other hand, in the case of powder, after mixing uniformly using a high-speed mixer or the like, it may be sufficiently kneaded with a two-roll or continuous kneader. The kneading temperature is preferably 50 to 110 ° C.
[0034]
After kneading, the epoxy resin composition can be produced by forming a thin sheet, cooling and grinding. The resin composition of the present invention is used as a general molding material and further as a semiconductor sealing material.
[0035]
In addition, as a shaping | molding method, methods, such as transfer shaping | molding, compression shaping | molding, injection shaping | molding, can be employ | adopted, and 150-185 degreeC is preferable for shaping | molding temperature.
[0036]
Examples of the semiconductor device that is preferably sealed with the epoxy resin composition of the present invention include discrete devices, highly integrated devices such as IC, LSI, and VLSI.
[0037]
【The invention's effect】
The epoxy resin composition of the present invention has a low melt viscosity and good moldability, and a semiconductor device encapsulated with this composition has no die pad deformation, wire deformation, etc. and is highly reliable.
[0038]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example.
[0039]
[Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 to 5]
The fillers (silica) A to H shown in Table 1 below were surface treated with 0.5% by weight of γ-glycidyloxypropyltrimethoxysilane; KBM403 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and then the filler. The characteristics were evaluated. Moreover, an epoxy resin composition was prepared by mixing and kneading this silica with the formulation shown in Table 2. Furthermore, various evaluation was performed using this resin composition. The results are shown in Table 2.
[0040]
[Table 1]
Particle size distribution and average particle size:
The particle size distribution was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus.
Specific surface area:
The specific surface area of the filler mixed at the above ratio was measured with a specific surface area measuring device (BET method, nitrogen adsorption method).
Viscosity ratio and viscosity at 0.6 / sec:
A bisphenol F type epoxy resin having an epoxy equivalent of 168 and a viscosity of 38 poise (25 ° C.); 1 g of Epicoat 807 (manufactured by Shell Co., Ltd.) and 3 g of silica are weighed and sufficiently kneaded on a glass petri dish. Using an E-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo) equipped with U, the viscosity was measured at 25 ° C. ± 0.05 ° C. with shear rates of 0.6 / sec (V 1 ) and 10 / sec (V 2 ), The ratio V 1 / V 2 was taken.
[0042]
[Table 2]
* 2 Naphthalene type epoxy resin (Nippon Kayaku Co., Ltd.)
* 3 Phenol novolac resin (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd.)
* 4 Brominated novolak epoxy resin (Nippon Kayaku Co., Ltd.)
[0043]
Spiral flow:
Spiral flow was measured by transfer molding at a molding temperature of 175 ° C. and a molding pressure of 70 kg / cm 2 .
Gelation time:
The time until the epoxy resin composition became a gel was measured with a hot plate at 175 ° C.
Internal and external voids:
After transfer molding using a QFP package (number of samples = 5) at a molding temperature of 175 ° C. and a molding pressure of 70 kgf / cm 2 , the number of internal voids was counted using an ultrasonic flaw detector. Moreover, the number of voids was counted by visually observing external voids. The number of voids is the total number of 5 samples.
Wire deformation:
Using a QFP package to which a 3 mm long gold wire was connected, transfer molding was performed at a molding temperature of 175 ° C. and a molding pressure of 70 kgf / cm 2 , and then the deformation of the gold wire was observed using a soft X-ray apparatus.
Die pad deformation:
Using a QFP package, transfer molding was performed at a molding temperature of 175 ° C. and a molding pressure of 70 kgf / cm 2 , the package was cut, and the deformation state of the die pad was observed.
[0044]
[Examples 4 and 5, Comparative Example 6]
An epoxy resin composition was produced in the same manner as in Example 1 with the composition shown in Table 3 below, and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are also shown in Table 3.
[0045]
[Table 3]
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